型煤在煤氣發生爐中的氣化及工藝條件的優化研究

摘要：在煤氣發生爐中進行氣化是型煤必經的一個過程，但是就目前的情況來看，氣化型煤存在著一定的問題，根據分析顯示是型煤氣化工藝操作條件方面的因素，基于此，本文主要對型煤在煤氣發生爐中氣化及工藝條件的優化進行了研究。

關鍵詞：型煤;煤氣發生爐;氣化;工藝條件;優化

中圖分類號：X70 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）04-0-01

Abstract： Gasification in a gasifier is a process that must be passed by coal briquettes. However， as far as the current situation is concerned， there are certain problems in gasification briquette. According to the analysis， it is a factor in the operating conditions of coal gasification process. Based on this， this paper mainly studies the gasification of coal briquettes in gas furnace and the optimization of process conditions.

Key words： Briquette;Gas generator;Gasification;Process conditions;Optimization

當前，市場上無煙塊煤供不應求，導致無煙塊煤的價格不斷攀升。與此同時，無煙粉煤卻無市場需求，形成了無煙粉煤長期堆積的情況，也就造成了大量的無煙粉煤資源浪費，并在一定程度上出現了環境污染的情況。為了對這種情況進行解決，我們將無煙粉煤加工成為氣化型煤，其不僅能夠對無煙塊煤進行替代，還能夠降低入爐煤成本，從而促使企業競爭力的提高。但是根據目前的情況來看，氣化型煤在工業煤氣發生爐上難以進行長期穩定的運行，所以我們需要對型煤在煤氣發生爐中的氣化及工藝條件的優化進行分析。

1 型煤氣化情況以及操作條件的優化分析

1.1 型煤氣化為煤氣的組成分析

在煤進行氣化的過程中，能夠形成復雜的氣固相之間的非均相反應以及少數氣體反應物之間的均相反應，也就是將煤的物理擴散過程和化學擴散過程進行組合。根據相關研究顯示，在煤進行氣化的過程中，動力學因素以及擴散因素都能夠對其氣化的速度產生影響，所以其屬于一種過渡控制。與燒塊煤相對比，在型煤進行氣化的過程中，其煤氣二氧化碳含量偏高，但氧化碳量較低，其他各種氣體成分則與普通塊煤燃燒無差異。由此可見，因為有效氣體成分能夠得到降低，所以氣化型煤的煤氣熱值相對氣化塊煤的煤氣熱值更低，并且在混合發生爐煤氣中，以下兩個還原反應能夠對有效氣體成分的產生進行有效闡述：

在以上兩個反應當中，氧化層中能夠生成的氣體為二氧化碳，處于上升過程中的水蒸氣氣化劑與熾熱的碳進行反應，能夠生成氧化碳以及氫氣。相關研究顯示，在反映溫度升高的前提下，在氧化碳的平衡濃度中，二氧化碳所占的比例越大，其反應平衡常數也就越大，所以在通常情況下，在發生爐煤氣爐操作溫度的環境下，以上兩個反應均屬于化學動力學的控制區，并且水蒸氣與碳所發生的反應能夠進行強烈的吸熱，所以就能夠對溫度產生嚴重的影響，而在溫度提高的情況下，更易生成氧化碳，所以將爐溫提高，能夠促使氧化碳以及氫氣的平衡濃度增加。

與此同時，因為氣化型煤的煤氣中，二氧化碳含量相對于氣化塊煤的煤氣二氧化碳含量更高，所以我們認為，發生爐操作溫度較低，能夠導致煤氣中的二氧化碳含量增加，所以我們應該將發生爐的爐溫適當提高，以促使二氧化碳得到充分的還原，從而降低氣化型煤煤氣中二氧化碳的含量，使氣化型煤的煤氣質量得到改善。并且根據研究，我們發現在氣化型煤的煤氣質量得到改善的同時，以上兩個反應的反應速度能夠得到加快，也就是反應時間縮短，同時，氣化型煤在單位時間內單位截面與碳的反應量能夠增加，也就能夠促使煤氣的產量得到增加，以此為基礎，氣化生產的強度能夠得到提高，此時將鼓風速度提高，以促使爐溫得到增加，實現碳與氧的反應速度加快，就能夠增加單位時間內氣化型煤的煤氣所釋放出的熱量，從而滿足進行還原反應的條件。但是在此過程中需要注意的是，雖然我們需要促使氣化的強度得到提高，但是對于鼓風速度，我們必須進行有力的控制，避免鼓風速度增加過快，如果鼓風的速度過快，則有可能導致氣化劑在還原層進行反應的時間縮短，也就不利于碳進行充分反應，從而導致氣化型煤中煤氣的帶出物增加，不利于進行氣化反應。

在促使發生爐爐溫提高的過程中，爐溫能夠受到燃料灰熔點的限制，如果爐溫超過了燃料的灰熔點，則能夠出現燃料結渣的情況，進而導致氣化劑的分布不均勻，能夠與氣化劑進行充分接觸的部分，可以得到均衡的反應，而總體的反應，還需采用化學動力進行控制，當爐溫升高時，其反應速度就能夠得到增加，從而促使總反應的速度得到增加，而被灰熔渣進行包裹的碳不能夠與氣化劑進行充分的接觸，所以燃料碳表面的氣化的濃度就會相對較低，也就會導致總反應處于擴散區不利于其進行高速的擴散。在此情況下，因為反應速度各不相同，所以燃料層下降速度就能夠形成一個梯形，進而導致發生爐內出現偏爐的情況，如果偏爐情況嚴重，還可能出現燃料層穿孔的情況，導致氧氣由孔洞上升直至發生爐的上部，將煤氣進行燃燒，甚至可能與煤氣進行混合，并引起爆炸，對正常的氣化型煤生產造成嚴重的不利影響。

如果從另一個方面來看，控制較低的飽和溫度，減少入爐的蒸汽量，以對足夠的爐溫進行維持，也能夠成為促進爐溫提高的有效方法，由此可見，對適宜的爐溫進行有效控制也十分重要，所以將發生爐的爐溫控制在合理范圍內，是進行氣化型煤生產過程中的關鍵因素之一。

1.2 能夠對灰渣含碳量產生影響的因素

通過上文我們可以了解到，相對于普通的塊煤來講，氣化型煤的灰渣含碳量較高，而能夠對灰渣含碳量產生影響的因素，主要包括加料方式、操作條件以及燃料性質。如果燃料的性質以及加料的方式能夠確定，那么進行操作的條件，將能夠成為對灰渣含碳量產生影響的主要因素，并且因為發生爐的爐溫能夠對氣化生產產生重要的影響，同時對型煤進行氣化的過程中，如果發生爐的爐溫較低，二氧化碳還原以及水分解的反應條件都會相對惡化，由此能夠導致氧化碳的生成量降低，且燃料進行氣化不充分，也就說明在相同的時間之內，進行型煤氣化的灰渣含碳量相對較高，由此可見，對發生爐的爐溫進行合理控制，能夠對其氣化生產中的各項指標產生重要的影響。

在進行實際工業操作的過程中，我們一般可以采用飽和溫度對所通入的蒸汽量進行控制，并通過發生爐的爐溫度對氣化層的溫度進行控制，如果發生爐的爐溫較高，可以在其中加入過量的水蒸氣，以促使爐溫得到降低，但是需要注意，水蒸氣的加入量必須適量，如果水蒸氣的加入量過多，發生爐內的原料層爐溫則會出現降低的情況，進而導致氣化反應的條件惡化，使有效氣體的成分進一步降低，也就能夠導致爐渣的含碳量增加，所以對于水蒸氣的增加量，必須控制在適宜的范圍之內，要求其既能夠保障氣化劑的用量，又能夠產生質量較高的煤氣，并且與此同時，發生爐的爐溫也應該控制在合理的范圍內，如果發生爐爐溫過高，會導致局部燃料過熱，并凝結成渣，未進行燃燒的碳，將會被灰渣包裹，也就失去了與氣化劑進行反應的機會，只能夠在最后隨灰渣同時排出爐外，在一定程度上導致了燃燒碳的損失，所以只有對飽和溫度和爐出溫度進行適宜的控制，才能夠實現高效和穩定的計劃生產。

2 結束語

通過上文我們可以了解到，新型氣化型煤的質量更加穩定，并且冷態強度和熱態強度能夠分別滿足發生爐進行氣化生產過程中的要求，雖然型煤進行氣化時，發生爐煤氣的氣體中二氧化碳含量相對較高，但是并不會對氣化爐的正常生產產生不利影響，并且在氣化原料一定的情況下，氣化工藝的操作條件能夠對發生爐系統制氣的質量產生重要影響。所以我們應該適當地促使氣化層的溫度得到提高，從而對氣化劑的流量以及溫度進行合理控制，以保障灰渣的含碳量能夠盡可能地降低，也就實現了提高氣化效率、優化操作條件的目的，有利于生產企業進行長期可持續的發展。

參考文獻

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收稿日期：2019-01-07

作者簡介：李顯榮（1968-），女，漢族，本科學歷，工程師，研究方向為型煤工藝與發展、煤質分析等。